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1、1. 电路的基本物理量；,重点：,第1章 电路的基本概念及电路元件,2. 电路元件的伏安特性。,1.1 电路的组成及其作用,电路,作用,(a) 电能的传输和转换； (b) 信号的传递和处理。,按所要完成的功能，将一些电气设备或元器件按一定方式连接而成，以备电流流过的通路。,(a) 直流电路,(b) 交流电路,电路的组成,1. 电源（或信号源）：将其它形式的能量（或信号）转换为电能（或电信号）。,2. 负载：将电能（或电信号）转换为其它形式的能量（或信号）。,3. 中间环节：连接电源（或信号源）和负载的元件。,由理想电路元件组成的电路。,1.2 电路模型,理想电路元件,具有某种确定的伏安特性的假
2、想元件。,电路模型,电路模型（电路图）,实际电路,1.3 电路的基本物理量,主要的物理量是电流、电压、功率和能量。,1.3.1 电流,电流,电流强度,带电粒子有规则的定向运动。,单位时间内通过导体横截面的电荷量。,方向,规定正电荷的运动方向为电流的实际方向,单位,1kA=103A 1mA=10-3A 1A=10-6A,A（安培）、kA、mA、A,元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:,实际方向,实际方向,A,A,B,B,问题,复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往难以确定。,参考方向,i 的参考方向,假定的电流方向,A,B,i 的参考方向,i 的参考方向,i 0,i 0
3、,实际方向,实际方向,电流的参考方向与实际方向的关系：,A,A,B,B,电压U,单位：V (伏)、kV、mV、V,1.3.2 电压和电位,单位正电荷从电路中一点移至另一点时电场力做功的大小。,电压的实际方向,电压为正的方向,问题,复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。,电压的参考方向,假定的电压方向,电压参考方向的表示方法：,(1) 用正负极性表示,(2) 用双下标表示,U,+,UAB,元件或支路的u，i采用相同的参考方向称为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。,关联参考方向,非关联参考方向,关联参考方向,i,+,-,+,-,i,U,U,
4、注,(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。,(2) 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注（包括符号和方向），在计算过程中不得任意改变。,(3) 参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际方向不变。,i,例,U,电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向是否关联？,答： A 电压、电流参考方向非关联； B 电压、电流参考方向关联。,例,已知：Uab=1V，Ubc=2V (1) 若以b点为参考点，求a、b、c点的电位和电压Uac； (2) 若以c点为参考点，再求以上各值。,解,(1) 以b点为电位参考点,电位（电势）V,该点与参考点之间的电压。,(2) 以c点
5、为电位参考点,电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中 各点的电位值就是唯一确定的；当选择不同的电位参考点时， 电路中各点电位值将改变，但任意两点间的电位差保持不变。,结论,1.3.3 功率和能量,功率的单位：W (瓦) (Watt，瓦特),能量的单位： J (焦) (Joule，焦耳),单位时间内电场力所做的功。,电功率,电能,元件吸收或发出功率的判断,u, i 取关联参考方向,p吸 = ui 表示元件吸收的功率,p吸 0 吸收正功率 (实际吸收),p吸 0 吸收负功率 (实际发出),p发 = ui 表示元件发出的功率,p发 0 发出正功率 (实际发出),p发 0 发出负功率 (实
6、际吸收),u, i 取非关联参考方向,例,5,6,4,1,2,3,I2,I3,I1,+,+,+,+,+,+,U6,U5,U4,U3,U2,U1,求图示电路中各方框所代表的元件吸收或发出的功率。已知： U1=1V, U2= -3V, U3=8V, U4= -4V, U5=7V, U6= -3V I1=2A, I2=1A, I3= -1A,解,注,对一完整的电路，发出的功率吸收的功率,1.6 无源电路元件,线性时不变电阻元件,电路符号,1.6.1 电阻元件,对电流呈现阻力的元件。,任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。,定义,电路中不能向外提供能量的电路元件。,1. 电阻的电压与电流的关系,R
7、称为电阻，单位： (欧) (Ohm，欧姆),单位,G 称为电导，单位：S (Siemens，西门子),u、i 取关联参考方向,伏安特性,(1) 如电阻上的电压与电流参考方向非关联，则公式中应冠以负号；,注,(2) 说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。,则欧姆定律写为,u Ri i Gu,公式和参考方向必须配套使用！,开路与短路,短路,开路,2. 电阻的功率和能量,上述结果说明电阻元件在任何时刻总是实际消耗功率的。,p发 ui (Ri)i i2R u(u/R) u2/R,p吸 ui i2R u2/R,在外电源作用下，两极板上分别带上等量异号电荷，撤去电源，板上电荷仍可长久地集聚下去，是一种储存电
8、能的部件。,1.6.2 电容元件,任何时刻，电容元件极板上的电荷q 与电压u 成正比。,电路符号,线性时不变电容元件,C称为电容器的电容，单位：F (法) (Farad，法拉)，常用F(10-6F)，pF(10-12F)等表示。,单位,库伏特性,1. 电容的电压与电流的关系,u、i 取关联参考方向,电容的电流电压微分关系,表明,（1）i 的大小取决于 u 的变化率，与 u 的大小无关，电容是动态元件；,（2）当 u 为常数(直流)时，i=0，电容相当于开路，电容有隔断直流作用；,（3）实际电路中通过电容的电流 i 为有限值，则电容电压 u 必定是时间的连续函数。,电容元件有记忆电流的作用，故称
9、电容为记忆元件。,上式中u(t0)称为电容电压的初始值，也称为初始状态。,表明,注,电容的电压电流积分关系,（1）电容的储能只与当时的电压大小有关，电容电压不能跃变，反映了储能不能跃变； （2）电容储存的能量一定大于或等于零。,电容的储能,表明,2. 电容的功率和能量,电容吸收电功率： 则p0，dW/dt 0，W，|u|，电容充电。,功率,表明,电容在充电时吸收外部电路供给的电能，并转化为电场能量储存起来，在放电时又把能量释放回外部电路，故电容元件是储能元件、无损元件、无源元件。,(2)电容发出电功率： 则p0，dW/dt 0，W，|u|，电容放电。,把金属导线绕在一磁性骨架上构成一实际电感器
10、，当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种储存磁能的部件。, = N,1.6.3 电感元件,任何时刻，通过电感元件的磁链 与其电流i 成正比。,电路符号,线性时不变电感元件,L称为电感器的自感系数，L的单位：H (亨) (Henry,亨利)，常用mH(10-3H)，H(10-6H)表示。,单位,韦安特性,1. 电感的电压与电流的关系,u、i 取关联参考方向,电感的电压电流微分关系,表明,(1) 电感电压u的大小取决于电流i的变化率，与i的大小无关，电感是动态元件；,(2) 当i为常数(直流)时，u=0，电感相当于短路；,实际电路中电感的电压u为有限值，则电感电流i不能跃变，必定是时间的连续函数。,
11、电磁感应定律,电感元件有记忆电压的作用，故称电感为记忆元件。,上式中i(t0)称为电感电流的初始值，也称为初始状态。,表明,注,电感的电流电压积分关系,（1）电感的储能只与当时的电流大小有关，电感电流不能跃变，反映了储能不能跃变； （2）电感储存的能量一定大于或等于零。,电感的储能,表明,2. 电感的功率与能量,功率,表明,电感在充电时吸收外部电路供给的电能，并转化为磁场能量储存起来，在放电时又把能量释放回外部电路，故电感元件是储能元件、无损元件、无源元件。,电感吸收电功率： 则p0，dW/dt 0，W，|i|，电感充电。,(2)电感发出电功率： 则p0，dW/dt 0，W，|i|，电感放电。
12、,电容,电感,电阻,1.7 有源电路元件,电路符号,1.7.1 理想电压源,定义,两端电压保持定值或某个时间的函数，其值与流过它的电流 i 无关的元件。,如：uS = 1.5V， uS = 311sin(314t)V,理想电压源的电压、电流关系,伏安特性,例,理想电压源不能短路！,（1）电源两端电压由电源本身决定，与外电路及流经它的电流无关；,（2）通过电压源的电流由电压源及外电路共同决定。,实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。,实际电压源,内阻,伏安特性,一个好的电压源要求：,电路符号,1.7.2 理想电流源,定义,(1) 电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路及它两端电压无关；,电流源两端的电压由电流源及外电路共同决定。,理想电流源的电压、电流关系,伏安特性,输出电流保持定值或某个时间的函数，其值与它两端的电压无关的元件。,例,理想电流源不能开路！,实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。,实际电流源,伏安特性,一个好的电流源要求：,内阻,例,求电容的电流i(t)、功率P(t)和储能W(t),电源波形,解,uS (t)的函数表示式为：,解得电流,吸收功率,释放功率,作业 P19：1、3、7、9,
